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电信级Linux系统提供高效实时处理能力 |
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| http://cn.newmaker.com
9/28/2012 4:10:00 PM
佳工机电网
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Linux的开放性决定了其自身可以根据使用领域而高度定制。但随着近年来处理器硬件技术的飞速发展，处理器的能力越来越强，多核平台已经广泛地应用在电信领域，尤其是在ARM公司将Cortex A15引入电信基站领域后，整合单芯片解决方案将成为业界主流。如何在Linux基础上提供更加高效的实时处理能力，同时又简化多操作系统并存带来的软件复杂性，是每一个电信设备制造商关心的问题。
为此，宜能(Enea)公司在用户空间实现了轻量级运行环境(Light-weight Run-time Threading，LWRT)。该公司高级应用工程师高晓亮表示，LWRT是针对多核使用场景设计的，它基于Linux用户空间的标准Pthread作为运行载体，并在此基础上实现了可确定的调度方式、信号机制和内存管理。通过这种方式，LWRT内部的线程切换和信号处理不再依靠Linux内核调度机制，而是完全在用户态的LWRT内部实现。这在减少系统开销的同时，也实现了严格意义上的实时切换。
为了保证整个LWRT的实时性，Enea将Linux Pthread绑定到一个物理内核上，通过这种方式使LWRT像单独运行在这个物理内核的传统RTOS一样。同时，他们还在LWRT上设计了用户态中断处理模型，将整个中断处理过程放在用户态进行。Linux内核只需在上半部中向LWRT发出中断信号，而所有的下半部处理完全实现在用户态的LWRT中。整个中断处理不再有内核互斥锁的影响，从而保证了高实时处理能力。
图1：Enea LWRT多核解决方案。
在一个实际测试环境中，对于一个简单的“信号触发—线程切换—信号接收”的线程切换模型，LWRT可以在不超过200个周期内完成，且该数据不会随着CPU占用率增高而受到影响。而在同一硬件条件下，采用Linux标准线程完成同样的切换动作，却需要大约3500个时钟周期，无法满足高实时性要求。Linux上将不再只是运行控制面代码，用户完全可以将数据面处理迁移到Linux上。基于这种方案我们将不再需要RTOS，而是将RTOS的功能基于LWRT来提供。
电信领域发展的另一个明显趋势是向IP化发展。针对于IP数据处理，Enea推出了PAX(数据包加速基础)解决方案，同样运行在Linux的用户态。高晓亮说，PAX实现了基于图形方式现实的IP报文分析处理流程，在PAX中可以完成IP转发、IPSec、流量控制和ARP/WLAN网桥，以及数据包检查DPI等IP通讯中最消耗资源的处理。
整个过程不再依赖于原有Linux内核IP协议栈实现，而是由PAX及其相关的硬件加速器一起完成。这样便将原有Linux IP转发能力提高数倍，非常适合于可扩展、高吞吐量和低时延的IP协议处理，尤其适用于基于IP的无线基站、控制器、智能防火墙、入侵检测系统和防病毒扫描网关等产品中。同时，PAX提供的图像化追踪(tracing)和分析(profiling)功能可以方面用户找出系统瓶颈所在，进行针对性优化。
电信级应用对产品的可靠性和稳定性的要求极高，为此Enea将多年成熟的软件开发流程引入了Linux的开发和维护中。在Enea Linux提供的开发工具中，用户依然可以找到Opitma调试分析工具，LTTng、oProfile、Gcov&gprof、valgrind等常用开源分析工具和Qemu主机仿真环境。此外，Enea方面承诺说，作为开源社区成员，公司会密切监视开源社区的安全漏洞和Bugfix修复情况，并在全面验证后将其纳入Enea Linux产品中。并同时保证每18个月更新一次内核版本，在Enea Linux的升级版本中可以实现Enea IPR的向后兼容。
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